CDMA系统是一个自干扰系统,某个用户相对于其他用户来说就是干扰,每个小区也会对其他小区构成干扰,尤其是同频相邻小区,干扰越大,负载越高,小区覆盖范围越小,反之干扰越小,负载越低,小区覆盖半径越大。因此,处于动态变化过程中的小区,容量也是变化的,具有很大的不确定性,跟具体应用环境、客观条件以及系统提供的服务质量相关联,尤其是前向容量的分析是一个复杂且关系到网络指标的重要内容。本文从协议标准的角度来考察cdma20001x及EV-DO的容量,分析容量跟哪些因素紧密相关。
cdma20001x容量
1.无线配置
无线配置是cdma2000与IS-95系统的重要区别。无线配置(RC:radioconfiguration)是一系列通过物理层参数(如传输速率、调制方式及扩频因子等)标识的前向业务信道的集合。前向无线配置(RC:radioconfiguration)共有9种:1~9。反向无线配置(RC:radioconfiguration)共有6种:1~6。无论前向还是反向RC1、RC2都是分配给IS-95。此外前向RC6至RC9分配给cdma2000 3x,RC3、RC4及RC5分配给cdma2000 1x。反向RC3、RC4分配给cdma2000 1x,RC5、RC6分配给cdma2000 3x。这里只重点介绍cdma2000 1x。
(1)前向无线配置
RC3的主要特点是:最大速率153.6kbit/s,QPSK调制,卷积码的R=1/4,提供8kbit/s的语音源速率,只能采用Walsh64;
RC4的主要特点是:最大速率307.2kbit/s,QPSK调制,卷积码的R=1/2,提供8kbit/s的语音源速率,可采用Walsh128;
RC5的主要特点是:最大速率230.4kbit/s,QPSK调制,卷积码的R=1/4,提供13kbit/s的语音源速率,只能采用Walsh64;
RC513kbit/s的语音源速率,占用无线资源大,因此目前没有采用。那么就只有RC3、RC4了。从上面的描述可以看出,RC3采用了Walsh64,抗干扰能力强(卷积码的R=1/4,冗余度高),而RC4采用Walsh128,抗干扰能力相对弱(卷积码的R=1/2,冗余度低),目前的联通现网采用的就是RC3的配置。
(2)反向无线配置
RC3的主要特点是,最大速率153.6kbit/s,OQPSK调制(手机的功控能力差,OQPSK是防止过零点的一种方法),卷积码的R=1/4,提供8kbit/s的语音源速率;
RC4的主要特点是:最大速率230.4kbit/s,OQPSK调制,卷积码的R=1/4,提供13kbit/s的语音源速率;
RC413kbit/s的语音源速率,占用无线资源大,因此目前没有采用,只采用RC3了。
2.前向容量分析
Walsh码的自相关为1,互相关为0,cdma20001x利用其良好的自相关性,将Walsh码与下行信道紧密结合,用Walsh码区分信道。由于采用RC3配置,即下行采用Walsh64,即有64个下行信道,每个信道的传输速率是9.6kbit/s。下行信道中,有系统必不可少的公共信道,如:一个导频信道,占用walsh0;一个同步信道,占用walsh32;一个寻呼信道,占用walsh1。因此只剩下61个可提供业务的walsh码道。
从语音业务的角度看,理想状态的理论极限值是61个,即64个码道扣除公共信道外的码道,但在实际的网络中,只能支持35个左右的语音业务,这是由于网络干扰程度决定的。据最新标准研究公布,如果cdma20001x采用干扰消除技术后,可将单小区的网络容量提升至50甚至更高。
从数据业务的角度分析,cdma20001x采用了补充信道-SCH。正是由于这一信道的引入,使得前反向的数据传输速率增加至153.6kbit/s。在进行前向的数据传输时,用户获得的速率与使用的Walsh码息息相关。前向64阶Walsh码的信道传输速率是9.6kbit/s,因此获得153.6kbit/s的数据速率,需要使用4阶的Walsh码,但是导频信道、同步信道以及寻呼信道必须存在,而且是固定的walsh码道。如上所述,因此理论上可分配给153.6kbit/s的数据业务的Walsh4码字最多2个。当然从目前的情况看,语音业务还是能保证营业收入的主要来源,因此单载频中配置2个walsh4码字给数据业务的可能性不大。
3.反向容量分析
Walsh码除了区分信道外,另一个重要应用是抗干扰。从walsh码的产生原则分析,一个walsh码如果出错,出错的位数必须为N/2(如果是walsh64,则意味着错32位),才可能产生干扰,否则不会,因此Walsh码在下行区分信道,但在上行作为扩频码,进行扩频,同样采用的是Walsh64。
但是上行的容量跟Walsh无关。其实,从无线通信的原理来看,上行的容量一般是受限于上行负载的水平,主要是要求系统工作在一个稳定的状态,一般表现为手机的发射功率过低或者基站的解码灵敏度过低。随着同时接入用户数的增加,干扰也愈大,基站的接收灵敏度在某一时刻便会达到临界状态,无法正确地解调手机的信号。因此整个上行容量(语音还是数据)跟实际的应用环境息息相关。
cdma20001xEV-DO系统分析
cdma20001xEV-DO有Rev0,RevA两个版本。Rev0的设计初衷是为了提供非对称的高速分组数据业务。它的前向链路采用了HARQ、多用户分集、自适应速率调整、虚拟软切换和自适应调制编码等多种关键技术,获得了良好的前向平均吞吐量,峰值速率高到2.4Mbit/s,但是,随着多媒体数据业务的发展,如时延敏感的对称性业务VoIP、PTT、视频电话、无线游戏等Rev0暴露出不足:反向吞吐量不足以开展多种应用;反向速率相对于前向速率偏小,限制了对称性数据业务的应用。为解决上述问题,RevA应运而生。除了将前向链路峰值速率提高到3.072Mbit/s之外,最大的改进是将反向链路的峰值速率提高到1.8Mbit/s。同时,cdma20001x EV-DO Rev A在反向物理链路实现中引入高阶调制和HARQ技术,并通过反向MAC的流体控制机制精确控制反向链路的T2P,进而提升ROT 控制门限,大幅提高反向链路的传送速率和容量,同时进一步改善前向链路吞吐量,以支持对称性宽带多媒体业务,适应分组数据业务发展对系统容量的要求。
1.关键技术
cdma20001xEV-DORevA相对Rev0以及cdma2000 1x来讲,采用一系列的新技术,来提高前反向数据速率主要如下。
下行时分复用:充分发挥共享的优势,下行选择在不同的时间上给不同用户传输数据。
增强的接入信道:RevA将接入信道速率由原来的9.6kbit/s提高到19.2kbit/s以及38.4kbit/s,缩短用户接入时延,提升用户感受。
自适应调制和编码,系统根据无线环境,自动匹配调制方式及编码方式,灵活应对无线环境的变化。最大限度地利用系统的功率资源,即全功率发射的方式,以自适应的调制编码技术代替传统的功率控制技术。
HARQ重传次数在传输格式中进行了明确的定义,每一个重传时隙的间隔也是固定的,所标称的速率是传输数据包大小与传输时隙数所用时间的比值,即“提前终止”技术。
快速多用户调度:下行资源处于动态共享状态,调度时主要基于信道条件,同时考虑等待发射的数据量以及业务的优先级等情况,并充分发挥AMC和HARQ的管理特性,实现无线资源的合理分配。
快速小区选择:RevA中引入了DSC信道,提前进行切换准备,取消了由于切换导致的数据传送中断,实现了无缝虚拟软切换,有效保证时延敏感类的如VoIP等业务。
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